JP2018169258A - 振動試験装置および振動試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 テーブルの振動数の調整と振動振幅の調整の精度を向上させる。【解決手段】振動試験装置１は、一軸方向に往復移動可能な振動体２と、第１のアクチュエータ３と、往復移動可能なテーブル５と、振動体２とテーブル５との間に設けた第１のばね要素６と、テーブル５と反力受け８との間に設けた第２のばね要素７と、テーブル５に制御力を作用させる第２のアクチュエータ９とを備える。第１の制御装置４からの指令変位信号ｂを基に、第１のアクチュエータ３により設定された加振振動数ｆで振動体２を加振する。振動体２より第１のばね要素６を介して伝えられる加振力によってテーブル５を加振するときには、第２の制御装置１０から駆動指令ｅを受けるリニアモータ１６から、テーブル５に、設定された増幅倍率で振動体２に共振させるための制御力を作用させる。【選択図】図１

Description

本発明は、試験対象の振動試験を行う振動試験装置および振動試験方法に関するものである。

試験対象の振動試験を行う振動試験装置としては、振動台が一般的に用いられている。

ところで、振動台は、試験対象を設置するテーブルに、加振を行うアクチュエータが接続された構成を備えている。そのため、振動台では、試験対象を振動させるときの加速度と振動振幅が、アクチュエータの容量（加振力）に依存して定まる。

そこで、振動試験装置の別の形式のものとしては、共振振動台とも称される形式の振動試験装置が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

これは、一軸方向に沿って往復移動可能な第１の加振台、および、第２の加振台と、前記第１の加振台を加振するアクチュエータ（加振機）と、前記第１の加振台と第２の加振台との間に介在して設けられた第１の弾性体と、前記第２の加振台と外部の反力受けとの間に介在して設けられた第２の弾性体とを備えた構成とされている。これにより、振動試験装置は、アクチュエータで加振する第１の加振台を加振手段として、振動発生時に生じる反力が第１の加振台と反力受けとに分散される第２の加振台を共振させることで、第２の加振台を、アクチュエータで直接加振する場合よりも大きな加速度で加振することができるものとされている。

特開２０１４−９９４３号公報

ところで、特許文献１に示されたものでは、第１の加振台の振動に第２の加振台を効率よく共振させるためには、第２の加振台の固有振動数を、第１の加振台の加振振動数に合わせて調整する必要が生じる。

このような第２の加振台の固有振動数の調整は、第２の加振台の質量の調整や、第１の弾性体および第２の弾性体の剛性の調整により行うことができる。

しかし、第２の加振台の質量の調整を実際に行う場合は、所定の質量の重りの第２の加振台に対する取付数の増減になる。

また、第１の弾性体や第２の弾性体の剛性の調整を実際に行う場合は、たとえば、第１の弾性体や第２の弾性体を、複数のばね要素の集合として構成しておき、ばね要素の使用数を増減させる作業を行って、最適な剛性となる状態を見出すようにするか、あるいは、予め、第１の弾性体や第２の弾性体について剛性の異なるものを複数用意しておき、それらを取り替えて最適な剛性のものを選定するという作業が必要になる。

したがって、前記第２の加振台の質量の調整と、各弾性体の剛性の調整は、いずれも調整量が段階的である。そのため、第２の加振台の固有振動数は、微調整を行うことが難しい。

また、特許文献１に示されたものは、第２の加振台の固有振動数が効率のよい共振に適したものとなっているとしても、第２の加振台の振動振幅の大きさを微調整することは難しい。

そこで、本発明は、アクチュエータで加振される振動体との共振によりテーブルを加振するときに、テーブルの振動数の調整と振動振幅の調整の精度の向上化を図ることができる振動試験装置および振動試験方法を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、往復移動可能な振動体と、前記振動体を加振する第１のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータを制御する第１の制御装置と、前記振動体の往復移動方向に沿う方向に往復移動可能で、且つ試験対象を設置するテーブルと、前記振動体と前記テーブルとの間に設けられた第１のばね要素と、前記テーブルと外部の反力受けとの間に設けられた第２のばね要素と、前記テーブルに制御力を作用させる第２のアクチュエータと、加振振動数設定部と、前記振動体の変位に関する信号、および、前記加振振動数設定部に設定された加振振動数を基に、前記テーブルを設定された増幅倍率で前記振動体に共振させる指令を前記第２のアクチュエータへ送る機能を有する第２の制御装置と、を備えた構成を有する振動試験装置とする。

前記第２の制御装置は、前記加振振動数に一致した振動数で、前記振動体の振動に対し位相遅れが９０度となり、且つ前記振動体の振動振幅に対して設定された増幅倍率の振動振幅でテーブルを振動させる目標変位を求める機能を有する目標変位算出部と、前記目標変位に前記テーブルの実変位が一致するようにフィードバック制御する駆動指令を算出する機能を有する駆動指令算出部と、を備える構成としてある。

前記第２のアクチュエータは、リニアモータとした構成としてある。

また、往復移動可能な振動体に第１のばね要素を介して接続され、且つ反力受けに第２のばね要素を介して接続されたテーブルに、試験対象を設置し、次いで、前記振動体を第１のアクチュエータにより設定された加振振動数で加振して、前記第１のばね要素を介して前記テーブルを加振するときに、該テーブルに、第２のアクチュエータより、設定された増幅倍率で前記振動体に共振させる制御力を作用させるようにする振動試験方法とする。

本発明の振動試験装置および振動試験方法によれば、アクチュエータで加振される振動体との共振によりテーブルを加振するときに、テーブルの振動数の調整と振動振幅の調整の精度の向上化を図ることができる。

振動試験装置の第１実施形態を示す概要図である。 第１実施形態の振動試験装置における第２の制御装置の制御系を示す概要図である。 振動試験装置の第２実施形態を示す概要図である。 振動試験装置の第３実施形態を示す概要図である。 振動試験装置の第４実施形態を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は振動試験装置の第１実施形態を示す概要図である。図２は、第１実施形態の振動試験装置における第２の制御装置の制御系を示す概要図である。

本実施形態の振動試験装置は、図１に符号１で示すもので、一軸方向（図１では左右方向）に往復移動可能な振動体２と、振動体２を加振する第１のアクチュエータ３と、第１のアクチュエータ３を制御する第１の制御装置４と、振動体２の往復移動方向に沿う方向に往復移動可能なテーブル５と、振動体２とテーブル５との間に設けられた第１のばね要素６と、テーブル５と外部の反力受け８との間に設けられた第２のばね要素７と、テーブル５に制御力を作用させる第２のアクチュエータ９と、第２のアクチュエータ９を制御する第２の制御装置１０と、第１の制御装置４および第２の制御装置１０に対して加振振動数ｆの情報を送る加振振動数設定部１１と、を備えた構成とされている。

以下においては、説明の便宜上、振動体２およびテーブル５が往復移動可能な一軸方向は、Ｘ軸方向という。

振動体２は、たとえば、ベース１２の上に、Ｘ軸方向に往復移動可能に設けられている。なお、図１では、図示する便宜上、振動体２の構成を簡略化して示しているが、たとえば、ベース１２上には、Ｘ軸方向に沿うガイドレール、ガイド溝、ガイドロッドなどを備えたガイド装置を設け、振動体２は、このガイド装置によりＸ軸方向にのみ移動が案内される構成とすればよい。

あるいは、振動体２のＸ軸方向の往復移動は、Ｘ軸方向と直交する方向に回転軸を有する車輪やローラで振動体２を支持する構造によって実現するようにしてもよい。更に、第１のアクチュエータ３が、振動体２のＸ軸方向以外の方向への動きを制限する構造を備えている場合は、その第１のアクチュエータ３の構造によって振動体２のＸ軸方向に沿う往復移動を担保させるようにしてもよい。

第１のアクチュエータ３は、振動体２に、Ｘ軸方向に沿う力を作用させて振動体２を加振する機能を備えている。

前記の加振機能を備えていれば、第１のアクチュエータ３は、たとえば、流体圧シリンダ、リニアモータ、ボールねじ機構、ラックアンドピニオン方式など、任意の駆動方式のアクチュエータを採用してよい。

第１のアクチュエータ３は、図１に示すように、振動体２の側方に配置する場合は、ベース１２に固定された反力受け１３と、振動体２との間に介装して設けるようにすればよい。なお、図示しないが、第１のアクチュエータ３は、その駆動方式や構造に応じて、ベース１２と振動体２との間に介装して設けてもよいことは勿論であり、この場合は、ベース１２自体を反力受けとすればよい。

加振振動数設定部１１は、振動試験の試験対象Ｓについて加振を望む加振振動数ｆの設定が行われるものであり、加振振動数ｆの設定が行われると、設定された加振振動数ｆの情報を、第１の制御装置４と第２の制御装置１０へ送る機能を備えている。

第１の制御装置４は、加振振動数設定部１１から加振振動数ｆの情報を受け取ると、その加振振動数ｆで振動体２を加振するために必要とされる振動体２の変位に関する指令変位信号ｂを、第１のアクチュエータ３へ送る機能を備えている。

更に、第１の制御装置４は、振動体２の加振振動数ｆでの加振をフィードバック制御する機能を備えている。

そのため、振動体２には、振動体２のＸ軸方向の変位を計測し、計測結果を第１の制御装置４へ送る機能を備えた第１の計測装置１４が付設されている。

第１の制御装置４は、第１の計測装置１４から振動体２の実変位（変位の実測値）ｃの信号を受け取ると、受け取った実変位ｃの信号を基に、振動体２の動きが目標値とした加振振動数ｆでの加振に一致するように、フィードバック制御を行う機能を備えている。なお、第１の制御装置４による振動体２のフィードバック制御の制御手法は、物体の位置制御に従来使用されているか、あるいは、従来提案されているフィードバック制御の制御手法を採用すればよい。

これにより、第１の制御装置４からの指令変位信号ｂに基づいて第１のアクチュエータ３が動作することにより、振動体２は、加振振動数ｆで加振される。

なお、第１の計測装置１４は、振動体２のＸ軸方向の実変位ｃを、演算で求める機能を備えていれば、実際の計測対象は、振動体２のＸ軸方向の速度や、加速度であってもよい。また、図１では、第１の計測装置１４が振動体２の上部に設置された構成を例示しているが、第１の計測装置１４は、実際の計測対象となる変位や速度や加速度を計測することができれば、振動体２のいかなる個所に設けられていてもよいし、振動体２の外部に設けられていてもよい。

なお、第１の計測装置１４は、振動体２の実変位ｃを第１の制御装置へ送るものとして示したが、振動体２のＸ軸方向の速度や加速度を計測し、その速度や加速度の計測結果をそのまま出力するものとしてもよい。この場合は、第１の制御装置４と、第２の制御装置１０が、第１の計測装置１４から受け取る速度や加速度の計測結果を基に、振動体２の実変位ｃを計算で求める機能を備えるようにすればよい。

テーブル５は、上端側に、試験対象Ｓの設置面として、たとえば、平らな面を備えた構成とされている。

テーブル５は、たとえば、ベース１５の上に、Ｘ軸方向に往復移動可能に設けられている。なお、図１では、図示する便宜上、テーブル５の構成を簡略化して示しているが、たとえば、ベース１５上には、Ｘ軸方向に沿うガイドレール、ガイド溝、ガイドロッドなどを備えたガイド装置（図示せず）を設け、テーブル５は、このガイド装置によりＸ軸方向にのみ移動が案内される構成とすればよい。

あるいは、テーブル５のＸ軸方向の往復移動は、Ｘ軸方向と直交する方向に回転軸を有する車輪やローラでテーブル５を支持する構造によって実現するようにしてもよい。更に、第２のアクチュエータ９が、テーブル５のＸ軸方向以外の方向への動きを制限する構造を備えている場合は、その第２のアクチュエータ９の構造によってテーブル５のＸ軸方向に沿う往復移動を担保させるようにしてもよい。

第１のばね要素６は、Ｘ軸方向に弾性力を生じる姿勢に配置されている。第１のばね要素６のＸ軸方向の一端側は、振動体２にブラケット２ａを介して取り付けられている。第１のばね要素６のＸ軸方向の他端側は、テーブル５に取り付けられている。

第２のばね要素７は、Ｘ軸方向に弾性力を生じる姿勢に配置されている。第２のばね要素７のＸ軸方向の一端側は、テーブル５に取り付けられている。第２のばね要素７のＸ軸方向の他端側は、ベース１５に設置された反力受け８にそれぞれ取り付けられている。

なお、テーブル５を支持するベース１５は、ベース１２と一体に連結されていてもよいし、ベース１２とは別体のものであってもよい。また、反力受け８は、振動体２およびテーブル５の外部に固定された状態で設けられていればよく、テーブル５を支持するベース１５に設置された構成のみに限定されるものではない。

第１のばね要素６および第２のばね要素７は、本実施形態の振動試験装置１の構造をできるだけ単純化し、製造を容易にするという観点から考えると、コイルばねを用いることが好適である。しかし、第１のばね要素６は、振動体２とテーブル５とのＸ軸方向の相対距離の変化に伴って弾性力を発揮でき、第２のばね要素７は、テーブル５と反力受け８とのＸ軸方向の相対距離の変化に伴って弾性力を発揮できるものであれば、各ばね要素６，７は、コイルばね以外のばねを採用してもよく、更には、ばね以外の弾性体を採用してもよい。

また、振動体２とテーブル５との間に取り付けられた状態での第１のばね要素６の長さと伸縮状態、および、テーブル５と反力受け８との間に取り付けられた状態での第２のばね要素７の長さと伸縮状態は、次の点を考慮して設定されている。この考慮される点は、加振される振動体２にテーブル５が共振し、テーブル５が試験対象Ｓの振動試験に望まれる振動振幅で往復移動するときにも、各ばね要素６，７のＸ軸方向の変形量が常に弾性変形の範囲内に収まる、という点である。

各ばね要素６，７の剛性は、試験対象Ｓを設置した状態のテーブル５の固有振動数が、加振振動数ｆに対して±１０％の範囲に収まるように、より好ましくは±５％程度の範囲に収まるように、大まかに調整しておく。

第２のアクチュエータ９は、テーブル５に、Ｘ軸方向に沿う力を、制御力として作用させる機能を備えている。

本実施形態では、第２のアクチュエータ９は、たとえば、ベース１５にＸ軸方向に沿う配置で設けられた固定子１７と、固定子１７に沿う方向に駆動される可動子１８とを備えた構成のリニアモータ１６とされている。可動子１８は、テーブル５に取り付けられている。

第２のアクチュエータ９は、リニアモータ１６を採用することが好ましい。これは、リニアモータ１６が、一般的な他の直動機構に比して機械的な接触部分を大幅に低減させることができるため、加振された振動体２に対してテーブル５が共振するときに、第２のアクチュエータ９の有する機械的な接触部分で生じる抵抗の影響を抑制できるためである。

しかし、第２のアクチュエータ９は、流体圧シリンダや、ボールねじ機構や、ラックアンドピニオン方式の直動機構など、リニアモータ１６以外のアクチュエータを採用してもよいことは勿論である。なお、図示しないが、第２のアクチュエータ９として、たとえば、流体圧シリンダを用いる場合は、流体圧シリンダは、テーブル５と反力受け８との間に、第２のばね要素７と並列に設けるようにすればよい。

本実施形態の振動試験装置１では、後述するように、テーブル５の加振力は、基本的に、第１のアクチュエータ３による加振される振動体２に対する共振によって得られる。そのため、第２のアクチュエータ９は、振動体２と共振しているテーブル５に対し、振動数の調整と、振動振幅の調整のための制御力を付与するのみでよい。

そのため、第２のアクチュエータ９であるリニアモータ１６は、出力が、第１のアクチュエータ３の出力に比して小さいものでよい。

テーブル５には、テーブル５のＸ軸方向の変位を計測し、テーブル５の実変位ｄの情報を第２の制御装置１０へ送る機能を備えた第２の計測装置として、たとえば、リニアエンコーダ１９が付設されている。

なお、第２の計測装置は、テーブル５のＸ軸方向の実変位ｄを、計算で求める機能を備えていれば、実際の計測対象は、テーブル５のＸ軸方向の速度や、加速度であってもよい。また、図１では、リニアエンコーダ１９が、テーブル５の外部に設けられた構成を例示しているが、第２の計測装置は、実際の計測対象となるテーブル５の変位や速度や加速度を計測することができれば、テーブル５の外部に設ける構成のほか、テーブル５に取り付けられた構成であってもよい。

第２の制御装置１０は、加振振動数設定部１１から受け取る加振振動数ｆの情報と、振動体２の変位に関する信号として第１の計測装置１４から受け取る振動体２の実変位ｃの信号と、リニアエンコーダ１９から受け取るテーブル５の実変位ｄの信号とを基に、リニアモータ１６へ駆動指令（制御入力）ｅを与える機能を備えるものである。

第２の制御装置１０における制御系は、図２に示すように、目標変位算出部２０と駆動指令算出部２１とを備えた構成とされている。

ここで、テーブル５を振動体２により共振させるための理想的な状態は、テーブル５の振動数が、振動体２の加振振動数ｆに一致し、且つテーブル５の振動の位相が、振動体２の振動の位相に対して９０度遅れとなる状態である。

更に、テーブル５を、試験対象Ｓの振動試験に必要とされる振動振幅で加振するためには、テーブル５の振動振幅の振動体２の振動振幅に対する増幅倍率を、所望の設定値に一致させる必要がある。

これらの点に鑑みて、目標変位算出部２０は、加振振動数ｆの情報と、振動体２の実変位ｃの信号を受け取ると、振動体２の実変位ｃの信号に対し、伝達関数Ａ・Ｇ_ａ（ｓ）による処理を行う機能を備えている。

前記伝達関数Ａ・Ｇ_ａ（ｓ）において、Ａは、増幅倍率を調整するための定数項である。したがって、Ａは、１以上の値として、前記増幅倍率の所望の設定値に設定される。なお、前記増幅倍率は、一般的には、数十倍から百倍程度の範囲で設定されるが、この範囲のみに限定されるものではない。

伝達関数Ｇ_ａ（ｓ）は、信号の位相遅れを調整する機能を備えており、たとえば、振動体２の実変位ｄの信号を、オールパスフィルタを通す処理により実行される。

この場合、伝達関数Ｇ_ａ（ｓ）は、次の（１）式で定義される。

加振振動数ｆにおいて位相遅れを９０度にする場合は、ａ＝２π・ｆとすればよい。

なお、オールパスフィルタの伝達関数Ｇ_ａ（ｓ）は、２次以上のパデ近似で表した無駄時間要素を考えることで、振動体２の実変位ｃの信号に対し位相遅れを９０度にする処理を行うようにしてもよい。

更に、第１の制御装置４と第２の制御装置１０との間で、制御周期の同期が取られている場合、目標変位算出部２０は、振動体２の実変位ｃの信号に対し位相遅れを９０度にする処理を、振動体２の実変位ｃの信号の振幅に三角関数の算定値を掛けることで実施するようにしてもよい。たとえば、振動体２の実変位ｃの信号の波形がｓｉｎ（ωｔ）（ここで、ω：角振動数、ｔ：時刻）で表せる場合、この信号の振動振幅をＡ倍に増幅して位相を９０度遅らせた信号は、−Ａｃｏｓ（ωｔ）で計算することができる。

これにより、目標変位算出部２０では、加振振動数ｆに一致した振動数で、振動体２の振動に対し位相遅れが９０度となり、且つ振動体２の振動振幅に対して前記Ａで設定された増幅倍率の振動振幅でテーブル５を振動させるための目標変位ｇを得ることができる。

目標変位算出部２０で求められた目標変位ｇの信号は、駆動指令算出部２１に送られる。

駆動指令算出部２１は、目標変位算出部２０より目標変位ｇの信号を受け取ると、この目標変位ｇにテーブル５の実変位ｄが一致するように、リニアモータ１６をフィードバック制御するための駆動指令ｅを算出する機能を備えている。

本実施形態では、駆動指令算出部２１は、目標変位ｇの信号とテーブル５の実変位ｄの信号との間の偏差ｈを求め、求めた偏差ｈの信号を積分器２２に通して第１の制御ゲインＦ_１を掛けた信号ｉを求める。それと並行して、駆動指令算出部２１は、テーブル５の実変位ｄの信号と、実変位ｄの信号を微分器２３に通して得たテーブル５の実速度ｊの信号とをフィードバックし、第２の制御ゲインＦ_２を掛けた信号ｋを求める。次いで、駆動指令算出部２１は、信号ｉと信号ｋとを足し合わせることにより、駆動指令ｅの信号を生成するようにしてある。

第２の制御装置１０は、前記のようにして駆動指令算出部２１で駆動指令ｅの信号が生成されると、その駆動指令ｅの信号をリニアモータ１６へ与えるようにしてある。

なお、駆動指令算出部２１では、目標変位算出部２０より受け取る目標変位ｇにテーブル５の実変位ｄが一致するように、リニアモータ１６を制御するための駆動指令ｅを算出することができれば、制御手法は、前記したもののみに限定されるものではなく、物体の位置制御に従来使用されているフィードバック制御手法や、フィードバック制御にフィードフォワード制御を併用する制御手法などを採用してもよい。

以上の構成としてある本実施形態の振動試験装置１を使用して振動試験方法を実施する場合は、試験対象Ｓをテーブル５の上に設置し、この状態で、第１の制御装置４より第１のアクチュエータ３へ指令変位信号ｂを与えて、振動体２を、所定の加振振動数ｆで加振する。

このように振動体２の加振が行われると、第１のばね要素６を介してテーブル５に加振力が作用するため、テーブル５は加振される。この際、テーブル５の振動中に発生する水平反力は、第１のばね要素６および第２のばね要素７により振動体２および反力受け８に分散される。

本実施形態の振動試験装置１では、このように振動体２の加振に伴うテーブルの加振が行われた状態で、第２の制御装置１０よりリニアモータ１６へ駆動指令ｅが与えられて、リニアモータ１６の駆動指令ｅに応じた駆動が行われる。

これにより、テーブル５には、リニアモータ１６から、テーブル５の振動数が加振振動数ｆに一致し、且つテーブル５の振動の位相が、振動体２の振動の位相に対して９０度遅れとなり、更に、テーブル５の振動振幅が、振動体２の振動振幅に対し前記定数Ａで設定された振動倍率となるように制御する制御力が付与される。

したがって、テーブル５は、第１のアクチュエータ３により加振される振動体２との共振により、効率よく加振される。更に、テーブル５は、加振振動数ｆに一致した振動数で、且つ試験対象Ｓの振動試験に必要とされる振動振幅で加振される。

このように、本実施形態の振動試験装置および振動試験方法によれば、第１のアクチュエータ３で加振される振動体２との共振によりテーブル５を加振するときに、テーブル５の振動数の調整と振動振幅の調整を自動的に行うことができる。更に、第２のアクチュエータ９としてのリニアモータ１６からテーブル５に付与する制御力は、連続的に変化させることができるため、テーブル５の振動数と振動振幅について微調整を行うことができて、両者の調整の精度の向上化を図ることができる。

更に、本実施形態の振動試験装置および振動試験方法では、テーブル５の振動数を調整するときに、テーブル５の質量を重りの数の増減により調整する作業は不要であり、また、第１のばね要素６と第２のばね要素７の剛性の調整は、試験対象Ｓを設置した状態のテーブル５の固有振動数が、加振振動数ｆに対して±１０％の範囲に収まるようにする程度の簡単な調整でよい。このため、テーブル５の固有振動数の調整に必要とされる調整作業は、容易なものとすることができて、調整作業に要する手間と時間の低減化を図ることができる。

ところで、従来用いられている振動台は、一般的に、テーブルと、該テーブルの加振を行うアクチュエータとを備えた構成とされている。

この点に鑑みて、既存の振動台におけるテーブルとアクチュエータを、本実施形態の振動試験装置１における振動体２と、第１のアクチュエータ３として使用してもよい。このようにすれば、既存の振動台の構成を有効に利用して、本実施形態の振動試験装置１の製造をより容易に行う効果が期待できる。

［第２実施形態］
前記第１実施形態の振動試験装置１では、第２の制御装置１０は、振動体２の変位に関する信号として、第１の計測装置１４より振動体２の実変位ｃの信号を受け取る場合について説明した。

これに対し、第１の制御装置４から第１のアクチュエータ３へ指令変位信号ｂを与える処理に対して、第１の計測装置１４により振動体２の実変位ｃが計測される処理に遅れがない場合、あるいは、遅れが実際の処理上、無視できる程度に小さい場合は、以下の第２実施形態のような構成としてもよい。

図３は振動試験装置の第２実施形態を示す概要図である。

なお、図３において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の振動試験装置は、図３に符号１Ａで示すもので、第１実施形態の振動試験装置１と同様の構成において、第２の制御装置１０が第１の計測装置１４から振動体２の実変位ｃの信号を受け取る構成に代えて、第２の制御装置１０が、第１の制御装置４から、指令変位信号ｂを受け取る構成としたものである。

この場合、指令変位信号ｂは、振動体２の変位に関する信号であるため、前記したように、第１の制御装置４から第１のアクチュエータ３へ指令変位信号ｂを与える処理から、第１の計測装置１４による振動体２の実変位ｃの計測までの遅れが実質的になければ、指令変位信号ｂの値は、振動体２の実変位ｃと同様の値となる。

よって、本実施形態では、第２の制御装置１０は、図２に示した構成において、目標変位算出部２０が、振動体２の実変位ｃに代えて、振動体２の変位に関する信号として、第１の制御装置４からの指令変位信号ｂを受け取る構成とすればよく、その他の部分は変更しなくてよい。

以上の構成としてある本実施形態の振動試験装置１Ａは、第１実施形態の振動試験装置１と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
図４は振動試験装置の第３実施形態を示す概要図である。

なお、図４において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の振動試験装置は、図４に符号１Ｂで示すもので、第１実施形態の振動試験装置１と同様の構成において、テーブル５を振動体２の外部のベース１５上に支持させる構成に代えて、振動体２の上側にテーブル５を設ける構成としたものである。

本実施形態では、振動体２は、上端側に、テーブル５の載置面となる平らな面を備えた構成とされている。

テーブル５は、振動体２の上に、Ｘ軸方向に往復移動可能に設けられている。この振動体２のＸ軸方向の往復移動は、第１実施形態と同様の構成で担保すればよい。

第１のばね要素６は、振動体２の上側に設置されたブラケット２ａと、テーブル５との間に取り付けられている。

第２のばね要素７は、テーブル５と、振動体２の外部に設けた反力受け８との間に取り付けられている。

第２のアクチュエータ９は、テーブル５に制御力を作用させるときに生じる反力を、振動体２の外部に固定された部材に受けさせる構成としてある。

たとえば、第２のアクチュエータ９をリニアモータ１６とする場合は、図４に示すように、振動体２の外部のベース１５上に固定子１７を設置し、可動子１８は、連結部材２４を介してテーブル５に取り付けた構成とすればよい。

また、テーブル５のＸ軸方向の変位を計測する第２の計測装置は、図４に示すリニアエンコーダ１９のように、振動体２の外部の固定された点を基準として、テーブル５のＸ軸方向の変位を計測するものであることが好ましい。

これは、テーブル５のＸ軸方向の実変位ｄを容易に求めることができるようにするためである。すなわち、たとえば、テーブル５のＸ軸方向の変位の計測を第２の計測装置で行うときに、テーブル５を支持している振動体２に基準を取ることも可能である。この場合は、基準となる位置が振動体２と共にＸ軸方向に変位するため、テーブル５のＸ軸方向の実変位ｄを求めるには、第２の計測装置によるテーブルのＸ軸方向の変位の計測結果と、第１の計測装置１４による振動体２の変位の計測結果とを基にした計算を行う必要が生じる。これに対し、本実施形態では、第２の計測装置としてのリニアエンコーダ１９の計測の基準を振動体２の外部に取る構成としてあるので、第１の計測装置１４の計測結果に依存せずに、リニアエンコーダ１９の計測結果に基づいてテーブル５の実変位ｄを求めることができる。

以上の構成としてある本実施形態の振動試験装置１Ｂは、第１実施形態の振動試験装置１と同様に使用して同様の効果を得ることができる。

なお、図４では、本実施形態の振動試験装置１Ｂは、第２の制御装置１０が、第１の計測装置１４より振動体２の実変位ｃの信号を受け取る構成を示したが、第２実施形態の振動試験装置１Ａと同様に、第２の制御装置１０が、第１の制御装置４から、指令変位信号ｂを受け取る構成としてもよいことは勿論である。

［第４実施形態］
前記第３実施形態の振動試験装置１Ｂでは、振動体２の上側にテーブル５を設けた構成について、テーブル５に制御力を付与する第２のアクチュエータ９としてのリニアモータ１６と、テーブル５のＸ軸方向の変位を計測する第２の計測装置としてのリニアエンコーダ１９とが、共に振動体２の外部に備えられた構成を示した。

これに対し、以下の第４実施形態のように、第２のアクチュエータ９と第２の計測装置は、振動体２の上側に備えられる構成としてもよい。

図５は振動試験装置の第４実施形態を示す概要図である。

なお、図５において、第３実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の振動試験装置は、図５に符号１Ｃで示すもので、第３実施形態の振動試験装置１Ｂと同様の構成において、第２のアクチュエータ９としてのリニアモータ１６と、第２の計測装置としてのリニアエンコーダ１９とを、ベース１５上に代えて、振動体２の上側に備える構成としたものである。

本実施形態では、リニアモータ１６は、固定子１７が振動体２の上側に設置され、可動子１８がテーブル５に取り付けられた構成とされている。

また、リニアエンコーダ１９は、振動体２の上側に設けられている。

本実施形態では、リニアエンコーダ１９が振動体２の上側に設けられているため、リニアエンコーダ１９で計測されるテーブル５のＸ軸方向の変位は、テーブル５の振動体２に対するＸ軸方向の相対変位になる。

この点に鑑みて、本実施形態の第２の制御装置１０は、第３実施形態における第２の制御装置１０と同様の機能に加えて、リニアエンコーダ１９からテーブル５の変位の計測結果ｄｘの信号を受け取ると、その計測結果ｄｘに第１の計測装置１４から受け取る振動体２の実変位ｃを加算する処理を行って、テーブル５の実変位ｄの信号を求める機能を備えるものとしてある。第２の制御装置１０が求めた実変位ｄの信号を基に行う処理は、図２に示したものと同様である。

以上の構成としてある本実施形態の振動試験装置１Ｃは、第３実施形態の振動試験装置１Ｂと同様に使用して同様の効果を得ることができる。

なお、図５では、本実施形態の振動試験装置１Ｃは、第２の制御装置１０が、第１の計測装置１４より振動体２の実変位ｃの信号を受け取る構成を示したが、第２実施形態の振動試験装置１Ａと同様に、第２の制御装置１０が、第１の制御装置４から、指令変位信号ｂを受け取る構成としてもよいことは勿論である。

また、本発明は前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、各図に示した振動体２、第１のアクチュエータ３、テーブル５、第１のばね要素６、第２のばね要素７、第２のアクチュエータ９としてのリニアモータ１６の形状やサイズや構成要素同士の寸法比は、図示するための便宜上のもので、実際の形状やサイズや構成要素同士の寸法比を反映したものではない。

第１の制御装置４および第２の制御装置１０は、別体のものとして示したが、複数の制御対象を制御する機能を備えた１つの制御装置に、第１のアクチュエータ３の制御機能と、第２のアクチュエータ９としてのリニアモータ１６の制御機能として実装するようにしてもよい。

加振振動数設定部１１は、第１の制御装置４および第２の制御装置１０と別体のものとして示したが、第１の制御装置４と第２の制御装置１０に同一の加振振動数ｆの情報を与える機能を備えていれば、第１の制御装置４や第２の制御装置１０に一体に備えられていてもよい。また、第１の制御装置４と第２の制御装置１０は、共通の加振振動数設定部１１から加振振動数ｆの情報を受け取るものとして示したが、個別の加振振動数設定部１１を備える構成としてもよいことは勿論である。

第１実施形態および第２実施形態では、振動体２は、Ｘ軸方向に往復移動が可能で、且つ第１のアクチュエータ３と第１のばね要素６とを接続することができる構成を備えていれば、上端側に平らな面を備える必要はなく、図示した以外の任意の形状としてもよい。

第３実施形態および第４実施形態においては、第２のアクチュエータ９と第２の計測装置のいずれか一方を振動体２上に設け、他方を振動体の外部に設けた構成としてもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

２ 振動体、３ 第１のアクチュエータ、４ 第１の制御装置、５ テーブル、６ 第１のばね要素、７ 第２のばね要素、８ 反力受け、９ 第２のアクチュエータ、１０ 第２の制御装置、１１ 加振振動数設定部、１６ リニアモータ、２０ 目標変位算出部、２１ 駆動指令算出部、ｅ 駆動指令、ｆ 加振振動数、ｇ 目標変位、Ｓ 試験対象

Claims (4)

1. 往復移動可能な振動体と、
   前記振動体を加振する第１のアクチュエータと、
   前記第１のアクチュエータを制御する第１の制御装置と、
   前記振動体の往復移動方向に沿う方向に往復移動可能で、且つ試験対象を設置するテーブルと、
   前記振動体と前記テーブルとの間に設けられた第１のばね要素と、
   前記テーブルと外部の反力受けとの間に設けられた第２のばね要素と、
   前記テーブルに制御力を作用させる第２のアクチュエータと、
   加振振動数設定部と、
   前記振動体の変位に関する信号、および、前記加振振動数設定部に設定された加振振動数を基に、前記テーブルを設定された増幅倍率で前記振動体に共振させる指令を前記第２のアクチュエータへ送る機能を有する第２の制御装置と、を備えること
   を特徴とする振動試験装置。
2. 前記第２の制御装置は、
   前記加振振動数に一致した振動数で、前記振動体の振動に対し位相遅れが９０度となり、且つ前記振動体の振動振幅に対して設定された増幅倍率の振動振幅でテーブルを振動させる目標変位を求める機能を有する目標変位算出部と、
   前記目標変位に前記テーブルの実変位が一致するようにフィードバック制御する駆動指令を算出する機能を有する駆動指令算出部と、を備える
   請求項１記載の振動試験装置。
3. 前記第２のアクチュエータは、リニアモータとする
   請求項１または２記載の振動試験装置。
4. 往復移動可能な振動体に第１のばね要素を介して接続され、且つ反力受けに第２のばね要素を介して接続されたテーブルに、試験対象を設置し、
   次いで、前記振動体を第１のアクチュエータにより設定された加振振動数で加振して、前記第１のばね要素を介して前記テーブルを加振するときに、該テーブルに、第２のアクチュエータより、設定された増幅倍率で前記振動体に共振させる制御力を作用させること
   を特徴とする振動試験方法。

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